KR101047775B1 - 형광체 및 발광소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 형광체 및 발광소자에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 형광체는 (4-x-y-z)SrO·xBaO·zCaO·aMgO·2(SiO2)·bM2O3 : yEu cDy의 화학식(단, 여기서, M은 Y, Ce 및 La로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속이고, 0＜x≤3.95, 0＜y≤1, 0≤z＜3.95, x+y+z＜4, 0＜a＜2, 0＜b＜1 및 0＜c＜1이다.)으로 표시된다.
형광체

Description

형광체 및 발광소자{PHOSPHOR AND LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 형광체 및 발광소자에 관한 것이다.
최근에 전 세계적으로 활발하게 진행되고 있는 질화갈륨(GaN)계 백색 발광다이오드(LED)의 제작방법은 청색, 녹색, 적색 LED 칩을 동시에 점등하여 LED의 밝기를 조정함으로써 가변 혼색이 이루어져 백색을 나타내는 방법과, 청색과 황색 또는 주황색의 LED칩의 밝기를 적절하게 조절하여 동시 점등하는 방법이 있다.
그러나, 상기 두 가지의 멀티 칩 형태의 백색 발광다이오드 제작방법은 각각의 칩마다 동작 전압의 불균일성, 주변 온도에 따라 각각의 칩의 출력이 변화에 의해 색 좌표가 달라지는 등의 문제점이 있다.
다른 방법으로, 청색 또는 근자외선(Ultra Violet:UV) LED 칩 위에 형광체를 도포하여 백색 발광다이오드를 제작하는 방법이 있다.
상기 형광체를 도포하여 백색 발광다이오드를 제작하는 방법은 멀티 칩 형태의 백색 발광다이오드 제작방법보다 공정이 단순하고 경제적이며, 청색, 녹색, 및 적색 형광체를 사용하여 삼색의 가변혼색을 통해 원하는 색의 광원을 좀 더 단순하게 제조할 수 있다.
그러나, 형광체를 도포하는 방법은 발광소자로부터의 발생된 1차 광을 형광체를 이용하여 2차 광으로 변화시키는 만큼, 형광체를 이용한 광원은 형광체의 성능과 적용방법에 따라 밝기(Brightness), 상관 색온도(CCT:Correlated Color Temperature) 및 연색성 지수(CRI:Color Rendering Index)가 달라진다.
현재 사용되는 대다수의 백색 발광다이오드는 주로 약 460nm의 파장으로 청색 발광하는 (In)GaN LED와, 황색 발광하는 YAG(Yttrium Aluminum Garnet):Ce3+ 형광체와의 편성에 따라 제작된다.
그러나, 종래의 YAG:Ce3+ 형광체 및 이를 포함하는 발광소자는 전 가시광 영역을 커버할 정도로 반치폭이 넓지 않아 연색성 지수가 중요시되는 조명 장치에 적합하지 않은 단점이 있다.
실시예는 형광체 및 이를 포함하는 발광 소자를 제공한다.
실시예는 보다 높은 연색성 지수를 가진 형광체 및 이를 포함하는 발광 소자를 제공한다.
실시예는 백색 광을 방출할 수 있는 발광 소자를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 형광체는 (4-x-y-z)SrO·xBaO·zCaO·aMgO·2(SiO2)·bM2O3 : yEu cDy의 화학식(단, 여기서, M은 Y, Ce 및 La로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속이고, 0＜x≤3.95, 0＜y≤1, 0≤z＜3.95, x+y+z＜4, 0＜a＜2, 0＜b＜1 및 0＜c＜1이다.)으로 표시된다.
본 발명의 실시예에 따른 형광체는 (4-x-y-z)SrO·xBaO·zCaO·aMgO·2(SiO2)·bM2O3 : yEu cDy의 화학식으로 표시되는 제1 형광체(단, 여기서, M은 Y, Ce 및 La로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속이고, 0＜x≤3.95, 0＜y≤1, 0≤z＜3.95, x+y+z＜4, 0＜a＜2, 0＜b＜1 및 0＜c＜1이다.)와, 질화물계 제2 형광체가 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 발광 소자는 380nm 내지 500nm의 파장범위에서 발광 피크를 갖는 광을 방출하는 발광다이오드 칩; 상기 발광다이오드 칩을 지지하고 전기적으로 연결하는 기판; 상기 발광다이오드 칩을 몰딩하는 몰딩부재; 및 적어도 (4-x-y-z)SrO·xBaO·zCaO·aMgO·2(SiO2)·bM2O3 : yEu cDy의 화학식으로 표시되는 형광체(단, 여기서, M은 Y, Ce 및 La로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속이고, 0＜x≤3.95, 0＜y≤1, 0≤z＜3.95, x+y+z＜4, 0＜a＜2, 0＜b＜1 및 0＜c＜1이다.)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 발광 소자는 380nm 내지 500nm의 파장범위에서 발광 피크를 갖는 광을 방출하는 발광다이오드 칩; 상기 발광다이오드 칩을 지지하고 전기적으로 연결하는 기판; 상기 발광다이오드 칩을 몰딩하는 몰딩부재; 및 적어도 (4-x-y-z)SrO·xBaO·zCaO·aMgO·2(SiO2)·bM2O3 : yEu cDy의 화학식으로 표시되는 제1 형광체(단, 여기서, M은 Y, Ce 및 La로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속이고, 0＜x≤3.95, 0＜y≤1, 0≤z＜3.95, x+y+z＜4, 0＜a＜2, 0＜b＜1 및 0＜c＜1이다.)와, 질화물계 제2 형광체를 포함한다.
실시예는 형광체 및 이를 포함하는 발광 소자를 제공할 수 있다.
실시예는 보다 높은 연색성 지수를 가진 형광체 및 이를 포함하는 발광 소자를 제공할 수 있다.
실시예는 백색 광을 방출할 수 있는 발광 소자를 제공할 수 있다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1은 발광소자의 구조를 예시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 발광소자는 380nm 내지 500nm의 파장범위에서 발광 피크를 갖는 광을 방출하는 InGaN계의 발광다이오드 칩(110)과, 상기 발광다이오드 칩(110)을 지지하고 상기 발광다이오드 칩(110)에서 방출된 광을 상측 방향으로 반사시키는 기판(120)과, 상기 발광다이오드 칩(110)에 전원을 제공하는 전기적으로 절연된 두개의 리드프레임(130)과, 상기 발광 다이오드 칩(110)과 상기 두개의 리드 프레임(130)을 전기적으로 연결하는 와이어(140)와, 상기 발광다이오드 칩(110)을 몰딩하는 무색 또는 착색된 광투과수지로 이루어진 몰딩부재(150)와, 상기 몰딩부재(150)에 전체 또는 부분적으로 분산되는 형광체(151)가 포함된다.
도 2는 발광소자의 다른 구조를 예시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 발광소자는 380nm 내지 500nm의 파장범위에서 발광 피크를 갖는 광을 방출하는 InGaN계의 발광다이오드 칩(110)과, 상기 발광다이오드 칩(110)을 지지하고 상기 발광다이오드 칩(110)에서 방출된 광을 상측 방향으로 반사시키는 기판(120)과, 상기 발광다이오드 칩(110)에 전원을 제공하는 전기적으로 절연된 두개의 전극층(131)과, 상기 발광 다이오드 칩(110)과 상기 전극층(131)을 전기적으로 연결하는 와이어(140)와, 상기 발광다이오드 칩(110)을 몰딩하는 무색 또는 착색된 광투과수지로 이루어진 몰딩부재(150)와, 상기 몰딩부재(150)에 전체 또는 부분적으로 분산되는 형광체(151)가 포함된다.
도 2에 도시된 발광소자는 하나의 와이어(140)가 상기 발광다이오드 칩(110) 과 하나의 전극층(131)을 전기적으로 연결한다. 상기 발광다이오드 칩(110)은 다른 하나의 전극층(131)에 실장됨으로써 직접 전기적으로 연결된다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 발광소자는 전원이 제공되는 발광다이오드 칩(110)과 상기 발광다이오드 칩(110)을 포위하는 형광체(151)가 포함되어 구성되며, 상기 발광다이오드 칩(110)에서 방출된 광이 상기 형광체(151)에 의해 여기되어 2차 광이 발생하게 된다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 발광소자는 광을 방출하는 광원과, 상기 광원을 지지하는 기판, 상기 광원 주위에 몰딩되는 몰딩부재를 포함한다.
상기 몰딩부재는 광투과 수지로서, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 요소수지, 아크릴 수지 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다. 또한, 상기 몰딩부재는 단일 구조 또는 다중 구조로 형성될 수 있으며, 상기 형광체(151)은 후술하는 제1 형광체 또는 상기 제1 형광체와 제2 형광체가 혼합된 혼합 형광체를 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 형광체(151)와 투명 수지를 포함하는 발광 소자용 코팅 형광체 조성물을 제공한다. 상기 형광체 조성물은 상기 형광체(151)와 투명수지가 1:2 내지 1:10의 중량비로 혼합될 수 있다.
또한, 상기 제1 형광체와 제2 형광체가 혼합된 형광체와 투명수지가 포함되는 코팅 형광체 조성물을 제공한다. 상기 투명수지는 투명 에폭시 수지, 실리콘 수지, 요소수지, 아크릴 수지 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 발광다이오드 칩(110)에서 1차 발광하는 광원을 에너지 소스로 하여 2차 발광하는 조명 유닛이다.
예를 들어, 상기 발광다이오드 칩(110)은 1차 광으로 청색광을 발광하고, 상기 형광체(151)는 상기 발광다이오드 칩(110)에서 방출되는 청색광에 여기되어 2차 광을 발광한다.
실리케이트계 제1 형광체, 제1 형광체의 제조방법 및 제1 형광체를 이용한 발광 소자의 제조
제1 형광체
도 1과 도 2에서 상기 발광 다이오드 칩(110)을 포위하는 형광체(151)는 다음과 같은 제1 형광체가 사용될 수 있다.
제1 형광체는 다음 화학식 1로 표시되는 실리케이트계 형광체이다.
[화학식 1]
(4-x-y-z)SrO·xBaO·zCaO·aMgO·2(SiO2)·bM2O3 : yEu cDy
상기 화학식 1에서 M은 Y, Ce 및 La로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속이고, 0＜x≤3.95, 0＜y≤1, 0≤z＜3.95, x+y+z＜4, 0＜a＜2, 0＜b＜1 및 0＜c＜1이다.
따라서, 상기 제1 형광체는 다음과 같이 표현될 수 있다.
[화학식 2] (4-x-y-z)SrO·xBaO·zCaO·aMgO·2(SiO2)·bY2O3 : yEu cDy,
[화학식 3] (4-x-y-z)SrO·xBaO·zCaO·aMgO·2(SiO2)·bCe2O3 : yEu cDy,
[화학식 4] (4-x-y-z)SrO·xBaO·zCaO·aMgO·2(SiO2)·bLa2O3 : yEu cDy
상기 화학식 1에서, 상기 제1 형광체는 380nm 내지 500nm의 파장범위에서 발광 피크를 갖는 1차 광에 의해 여기되어 2차 광이 540nm 내지 600nm의 파장범위에서 발광피크를 갖는 형광체이다.
상기 제1 형광체는 Mg를 포함하고, Y, Ce 및 La로 이루어지는 군 중에서 선택된 적어도 1종 이상을 포함하고, 활성제로서 Eu, Dy를 포함함으로써, 종래의 YAG:Ce3+ 형광체 보다 성능이 우수한 형광체를 제공할 수 있다.
제1 형광체의 제조방법
제1 형광체는 다음과 같은 공정이 포함되어 제조된다.
상기 제1 형광체를 제조하는 공정은
(a) 알칼리 토금속의 산화물, 질화물 또는 카보네이트, SiO2, 희토류 금속의 산화물, 질화물 또는 할로겐화물, 활성제로서 Eu, Dy의 산화물 또는 할로겐화물, 및 플럭스로서 NH4F, BaF2, CaF2, 또는 MgF2 용매하에서 혼합하는 공정,
(b) 상기 혼합물을 3분 내지 24시간 동안 50-150℃에서 건조하는 공정,
(c) 상기 건조물을 1시간 내지 48시간 동안 800-1500℃에서 환원분위기하에 열처리하는 공정;
(d) 상기 얻어진 제1 형광체를 분쇄 및 분급하여 일정한 크기의 형광체 분말을 얻는 공정; 및
(e) 상기 제1 형광체 분말을 용매를 사용하여 세척하여 미반응 물질을 제거 하는 공정을 포함한다.
상기 (a) 공정에서 각각의 물질의 사용량은 상기 화학식 1의 조건을 만족하도록 화학양론비로 적절히 조절될 수 있다.
상기 (c) 공정의 환원반응 온도는 반응 완결에 충분한 온도 이상으로 한다. 환원 분위기하에서 열처리 온도가 800℃ 미만이면 제1 형광체의 결정이 완전하게 생성되지 못하게 되어 발광 효율이 감소하게 되고, 1500℃를 초과하면 과반응에 의해 휘도가 저하되거나 고체상 형광체 분말을 생성하는 것이 어렵게 되는 문제가 발생될 수 있다. 또한, 환원가스는 환원분위기를 위하여 수소가 2-25부피% 혼합된 질소가스가 사용될 수 있다.
상기 (d) 공정에서 얻어진 제1 형광체는 높은 열처리 온도로 인하여 응집되어 있어 원하는 휘도와 크기를 가진 분말을 얻기 위해서는 분쇄 및 분급 공정이 필요하다.
상기 (e) 공정에서 미반응 물질의 제거는 알코올, 아세톤 또는 고분자용매 등의 미반응 물질이 용해되는 고분자용매를 한 가지 이상 사용한다. 세척 방법은 상기에 언급된 용매에 제1 형광체를 넣고 혼합 후 건조하는 방법이 제시될 수 있지만, 특별히 이것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 미반응 물질을 제거하는 (e) 공정을 먼저 거친 후에 제1 형광체의 분쇄 및 분급공정인 (d) 공정를 수행하여도 무방하다.
환원분위기에서 열처리하여 얻어진 제1 형광체는 미량의 할로겐 화합물을 포함한다. 상기 할로겐 화합물을 제거해 주지 않을 경우, 상기 제1 형광체를 이용하 여 발광소자를 제조시 내습성이 떨어지는 경향을 갖는 문제가 발생한다.
제1 형광체 제조방법의 구체적인 예
1.13g의 SrCO3, 0.41g의 BaCO3, 0.05g의 MgO, 0.31g의 SiO2, 0.23g의 Eu2O3, 0.05g의 Y2O3, 그리고 0.05g의 Dy2O3를 아세톤에 넣어 볼밀을 이용하여 1시간 혼합하였다. 혼합물을 100℃ 건조기에 넣어 12시간 건조하여 용매를 완전히 휘발시켰다. 혼합된 재료를 알루미나 도가니에 넣어 1300℃에서 5시간 동안 열처리하였다. 이때 수소가 15 부피% 혼합된 질소 혼합가스를 300cc/min 흘려주면서 소결하였다. 열처리가 완료된 제1 형광체를 분쇄하고 20μm 분체를 이용하여 발광소자에 이용이 용이한 크기의 형광체를 분급하였다. 분급이 완료된 제1 형광체는 미반응물이 함유되어 있기에 에틸알코올과 아세톤이 1:1의 비율로 혼합된 용액에 넣어 30분간 초음파세척을 한 후에 건조하여 (4-x-y-z)SrO·xBaO·zCaO·aMgO·2(SiO2)·bM2O3 : yEu cDy (단, 상기 식에서, x=0.63, y=0.04, z=0, a=0.7, b=0.2, c=0.1 그리고 M=Y이다.)의 화학식을 갖는 알칼리 토류 실리케이트계 황색 형광체를 제조하였다.
제1 형광체를 이용한 발광 소자의 제조의 예
도 1과 도 2를 참조하면, 상술한 (4-x-y-z)SrO·xBaO·zCaO·aMgO·2(SiO2)·bM2O3 : yEu cDy (단, 상기 식에서, x=0.63, y=0.04, z=0, a=0.7, b=0.2, c=0.1 그리고 M=Y이다.)의 화학식을 갖는 제1 형광체를 380nm 내지 500nm의 파장범위에서 발광 피크를 갖는 InGaN계의 발광 다이오드 칩(110)을 사용하여 발광 소자를 제조하였다.
구체적으로, 광 투과 에폭시수지로 이루어진 상기 몰딩부재(150)에 상기 형광체(151)가 혼합되어 상기 발광다이오드 칩(110)을 포위하도록 성형하였다.
상기 형광체(151)는 상기 발광다이오드 칩(110)에서 발생되는 청색광(460nm)에 의해 여기되는 중심파장이 540-600nm 대인 2차 광을 발광한다.
도 3은 본 발명의 제1 형광체의 여기 스펙트럼(excitation spectrum)을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 제1 형광체의 발광 스펙트럼(emission spectrum)을 도시한 도면이다.
도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 형광체는 청색(460nm) 파장의 광을 흡수하여 540-600nm 대의 파장(특히, 570nm)에서 강한 중심파장을 발광하는 것을 알 수 있다.
따라서, 상기 발광다이오드 칩(110)에서 발생되는 460nm 대의 광과 상기 제1 형광체에서 여기된 570nm 대의 광을 이용하여 효율이 높은 백색광을 생성할 수 있다.
질화물계 제2 형광체, 제2 형광체의 제조방법 및 제1 형광체와 제2 형광체를 혼합한 형광체를 이용한 발광 소자의 제조
제1 형광체
제1 형광체 및 제1 형광체의 제조방법은 상술한 바와 동일하다.
제2 형광체
제2 형광체는 다음 화학식 5 또는 화학식 6으로 표시되는 질화물계 형광체이다.
[화학식 5]
(2-a-b-c-d)SrNㆍaMgNㆍbCaNㆍcBaNㆍ(Si5N8) : dEu
상기 화학식 5에서 0≤a<2, 0≤b<2, 0≤c<2, 0<d≤1 및 a+b+c+d<2이다.
[화학식 6]
(3-a-b-c-d)CaNㆍaMgNㆍbSrNㆍcBaNㆍ3(XN)ㆍ(Z3N4) : dEu
상기 화학식 6에서 X는 Al, Ga 으로 이루어지는 군에서 1종 이상 선택된 원소이며, Z=Si, Ge 으로 이루어지는 군에서 1종 이상 선택된 원소이고, 0≤a<3, 0≤b<3, 0≤c<3, 0<d≤1 및 a+b+c+d<3이다.
따라서, 상기 화학식 6의 제2 형광체는 다음과 같이 표현될 수 있다.
[화학식 7] (3-a-b-c-d)CaNㆍaMgNㆍbSrNㆍcBaNㆍ3(AlN)ㆍ(Si3N4) : dEu
[화학식 8] (3-a-b-c-d)CaNㆍaMgNㆍbSrNㆍcBaNㆍ3(AlN)ㆍ(Ge3N4) : dEu
[화학식 9] (3-a-b-c-d)CaNㆍaMgNㆍbSrNㆍcBaNㆍ3(GaN)ㆍ(Si3N4) : dEu
[화학식 10] (3-a-b-c-d)CaNㆍaMgNㆍbSrNㆍcBaNㆍ3(GaN)ㆍ(Ge3N4) : dEu
제2 형광체의 제조방법
제2 형광체는 다음과 같은 공정이 포함되어 제조된다.
상기 제2 형광체를 제조하는 공정은 (a) 알칼리 토금속의 질화물 또는 카보네이트, 3가 양이온의 질화물, 4가 양이온의 질화물, 활성제로서 Eu의 산화물 또는 할로겐화물을 아세톤을 이용하여 혼합하는 공정,
(b) 상기 혼합물을 3분 내지 24시간 동안 50-150℃에서 건조하는 공정,
(c) 상기 건조물을 1시간 내지 48시간 동안 1400-1700℃에서 수소와 질소가 혼합된 혼합가스 분위기하에 열처리하는 공정, 및
(d) 상기 얻어진 제2 형광체를 분쇄 및 분급하여 일정한 크기의 형광체 분말을 얻는 공정, 및
(e) 상기 제2 형광체 분말을 용매를 사용하여 세척하여 미반응 물질을 제거하는 공정을 포함한다.
제2 형광체 제조방법의 구체적인 예 1
1.59g의 Sr(NO3)2, 0.10g의 Ca3N2, 1.16g의 Si3N4 그리고 0.04g의 Eu2O3를 아세톤을 사용하여 막자사발을 이용하여 혼합하였다. 혼합물을 80℃ 건조기에 넣어 3시간 건조하여 용매를 완전히 휘발시켰다. 혼합된 재료를 알루미나 도가니에 넣어 1650℃에서 6시간 동안 열처리하였다. 이때 수소가 25% 혼합된 질소 혼합가스를 500cc/min 흘려주면서 소결하였다. 열처리가 완료된 형광체를 분쇄하고 20μm 분체를 이용하여 소자에 이용이 용이한 크기의 형광체를 분급하여 (2-a-b-c-d)SrNㆍaMgNㆍbCaNㆍcBaNㆍ(Si5N8) : dEu (단, 상기 화학식에서 a=0, b=0.45, c=0, d=0.05 이다.) 의 화학식을 갖는 질화물계 형광체를 제조하였다.
제2 형광체 제조방법의 구체적인 예 2
0.47g의 Ca3N2, 0.40g의 AlN, 0.46g의 Si3N4 그리고 0.05g의 Eu2O3를 아세톤을 사용하여 막자사발을 이용하여 혼합하였다. 혼합물을 80℃ 건조기에 넣어 3시간 건조하여 용매를 완전히 휘발시켰다. 혼합된 재료를 알루미나 도가니에 넣어 1500℃에서 6시간 동안 열처리하였다. 이때 수소가 25% 혼합된 질소 혼합가스를 500cc/min 흘려주면서 소결하였다. 열처리가 완료된 형광체를 분쇄하고 20μm 분체를 이용하여 소자에 이용이 용이한 크기의 제2 형광체를 분급하여 (3-a-b-c-d)CaNㆍaMgNㆍbSrNㆍcBaNㆍ3(XN)ㆍ(Z3N4) : dEu (단, 상기 화학식에서 a=0, b=0, c=0, d=0.03 그리고, X=Al, Z=Si 이다.)의 화학식을 갖는 질화물계 형광체를 제조하였다.
제2 형광체의 발광 특성
도 5는 질화물계 제2 형광체가 포함된 발광 소자의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
상술한 제2 형광체 제조방법의 구체적인 예 1 및 제2 형광체 제조방법의 구체적인 예 2에 의해 제조된 질화물계 제2 형광체는 거의 동일한 발광 특성을 갖는다. 도 5에서는 (2-a-b-c-d)SrNㆍaMgNㆍbCaNㆍcBaNㆍ(Si5N8) : dEu (단, 상기 화학식에서 a=0, b=0.45, c=0, d=0.05 이다.) 의 화학식을 갖는 질화물계 형광체가 포함된 발광 소자의 발광 스펙트럼을 도시하였다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제2 형광체는 상기 발광다이오드 칩에서 발생되는 청색광(460nm)에 의해 여기되는 2차 광의 중심파장이 550-700nm 대인 광을 발광한다.
제1 형광체와 제2 형광체가 혼합된 형광체의 예
제1 형광체와 제2 형광체가 혼합된 형광체는 제1 형광체와 제2 형광체를 1:1~1:9 또는 9:1~1:1의 중량비로 혼합될 수 있다.
상술한 제1 형광체 제조방법으로 제조한 (4-x-y-z)SrO·xBaO·zCaO·aMgO·2(SiO2)·bM2O3 : yEu cDy (단, 상기 식에서, x=0.63, y=0.04, z=0, a=0.7, b=0.2, c=0.1 그리고 M=Y이다.)의 화학식을 갖는 제1 형광체와, (2-a-b-c-d)SrNㆍaMgNㆍbCaNㆍcBaNㆍ(Si5N8) : dEu (단, 상기 화학식에서 a=0, b=0.45, c=0, d=0.05 이다.)의 화학식을 갖는 제2 형광체를 1:1의 중량비로 혼합하였다.
제1 형광체와 제2 형광체가 혼합된 형광체를 이용한 발광 소자의 제조의 예
도 1과 도 2를 참조하면, 상술한 제1 형광체와 제2 형광체를 1:1의 중량비로 혼합한 형광체(151)를 380nm 내지 500nm의 파장범위에서 발광 피크를 갖는 InGaN계의 발광 다이오드 칩(110)을 사용하여 발광 소자를 제조하였다.
구체적으로, 광 투과수지로 이루어진 상기 몰딩부재(150)에 상기 형광체(151)가 혼합되어 상기 발광 다이오드 칩(110)을 포위하도록 성형하였다.
상기 형광체(151)는 상기 발광 다이오드 칩(110)에서 발생되는 청색광(460nm)에 의해 여기되는 2차 광의 중심파장이 540-600nm 및 550-700nm대인 광을 발광한다.
도 6은 상기 제1 형광체와 제2 형광체를 혼합한 형광체를 이용하여 제조된 발광 소자의 발광 스펙트럼을 측정한 결과를 나타내는 도면이다.
상기 제1 형광체 및 제2 형광체를 혼합한 형광체와, 380nm 내지 500nm의 파장범위에서 발광 피크를 갖는 InGaN계의 발광 다이오드 칩을 이용하여 제조된 발광 소자는 도 6에 도시된 바와 같은 백색 광을 방출한다.
도 6에서, 상기 제1 형광체 및 제2 형광체는 560-580nm 및 630-670nm 에서 강한 2차 광을 발광하는 것을 알 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서 새로운 형광체의 광학적 특성은 Mg를 포함하고, Y, Ce 및 La로 이루어지는 군에서 적어도 한 가지 이상 포함하며, 활성제로서 Eu, Dy를 포함함으로써 종래의 공지된 실리케이트계 형광체보다 우수한 성능을 제공한다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 형광체는 높은 연색성 지수를 나타내어 휴대 전화의 컬러 LCD용 백라이트, LED 램프, 열차 및 버스의 차내 표시용 LED나 형광등을 대신하는 조명 광원으로 사용할 수 있는 실용성을 제공한다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 발광소자의 구조를 예시한 도면.
도 2는 발광소자의 다른 구조를 예시한 도면.
도 3은 종래의 실리케이트계 형광체와 본 발명의 제1 형광체의 여기 스펙트럼(excitation spectrum)을 비교하여 도시한 도면.
도 4는 종래의 실리케이트계 형광체와 본 발명의 제1 형광체의 발광 스펙트럼(emission spectrum)을 비교하여 도시한 도면.
도 5는 질화물계 제2 형광체가 포함된 발광 소자의 발광 스펙트럼을 도시한 도면.
도 6은 상기 제1 형광체와 제2 형광체를 혼합한 형광체를 이용하여 제조된 발광 소자의 발광 스펙트럼을 측정한 결과를 나타내는 도면.

Claims (10)

  1. (4-x-y-z)SrO·xBaO·zCaO·aMgO·2(SiO2)·bM2O3 : yEu cDy의 화학식으로 표시되는 형광체.
    (단, 여기서, M은 Y, Ce 및 La로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속이고, 0＜x≤3.95, 0＜y≤1, 0≤z＜3.95, x+y+z＜4, 0＜a＜2, 0＜b＜1 및 0＜c＜1이다.)
  2. (4-x-y-z)SrO·xBaO·zCaO·aMgO·2(SiO2)·bM2O3 : yEu cDy의 화학식으로 표시되는 제1 형광체(단, 여기서, M은 Y, Ce 및 La로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속이고, 0＜x≤3.95, 0＜y≤1, 0≤z＜3.95, x+y+z＜4, 0＜a＜2, 0＜b＜1 및 0＜c＜1이다.)와,
    질화물계 제2 형광체가 포함된 형광체.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제2 형광체는 380-500nm 대에서 중심파장을 갖는 청색광에 의해 여기되어 중심파장이 550-700nm 대인 2차 광을 발광하는 형광체.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제2 형광체는 (2-a-b-c-d)SrNㆍaMgNㆍbCaNㆍcBaNㆍ(Si5N8) : dEu의 화학식(단, 여기서, 0≤a<2, 0≤b<2, 0≤c<2, 0<d≤1 및 a+b+c+d<2이다.)으로 표시되는 형광체.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 제2 형광체는 (3-a-b-c-d)CaNㆍaMgNㆍbSrNㆍcBaNㆍ3(XN)ㆍ(Z3N4) : dEu의 화학식(단, 여기서, X는 Al, Ga 으로 이루어지는 군에서 1종 이상 선택된 원소이며, Z=Si, Ge 으로 이루어지는 군에서 1종 이상 선택된 원소이고, 0≤a<3, 0≤b<3, 0≤c<3, 0<d≤1 및 a+b+c+d<3이다.)으로 표시되는 형광체.
  6. 380nm 내지 500nm의 파장범위에서 발광 피크를 갖는 광을 방출하는 발광다이오드 칩;
    상기 발광다이오드 칩을 지지하고 전기적으로 연결하는 기판;
    상기 발광다이오드 칩을 몰딩하는 몰딩부재; 및
    적어도 (4-x-y-z)SrO·xBaO·zCaO·aMgO·2(SiO2)·bM2O3 : yEu cDy의 화학식으로 표시되는 형광체(단, 여기서, M은 Y, Ce 및 La로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속이고, 0＜x≤3.95, 0＜y≤1, 0≤z＜3.95, x+y+z＜4, 0＜a＜2, 0＜b＜1 및 0＜c＜1이다.)를 포함하는 발광 소자.
  7. 380nm 내지 500nm의 파장범위에서 발광 피크를 갖는 광을 방출하는 발광다이오드 칩;
    상기 발광다이오드 칩을 지지하고 전기적으로 연결하는 기판;
    상기 발광다이오드 칩을 몰딩하는 몰딩부재; 및
    적어도 (4-x-y-z)SrO·xBaO·zCaO·aMgO·2(SiO2)·bM2O3 : yEu cDy의 화학식으로 표시되는 제1 형광체(단, 여기서, M은 Y, Ce 및 La로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속이고, 0＜x≤3.95, 0＜y≤1, 0≤z＜3.95, x+y+z＜4, 0＜a＜2, 0＜b＜1 및 0＜c＜1이다.)와, 질화물계 제2 형광체를 포함하는 발광 소자.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제2 형광체는 상기 발광다이오드 칩에서 방출된 광에 의해 여기되어 중심파장이 550-700nm 대인 2차 광을 발광하는 발광 소자.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 제2 형광체는 (2-a-b-c-d)SrNㆍaMgNㆍbCaNㆍcBaNㆍ(Si5N8) : dEu의 화학식(단, 여기서, 0≤a<2, 0≤b<2, 0≤c<2, 0<d≤1 및 a+b+c+d<2이다.)으로 표시되는 발광 소자.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 제2 형광체는 (3-a-b-c-d)CaNㆍaMgNㆍbSrNㆍcBaNㆍ3(XN)ㆍ(Z3N4) : dEu의 화학식(단, 여기서, X는 Al, Ga 으로 이루어지는 군에서 1종 이상 선택된 원소이며, Z=Si, Ge 으로 이루어지는 군에서 1종 이상 선택된 원소이고, 0≤a<3, 0≤b<3, 0≤c<3, 0<d≤1 및 a+b+c+d<3이다.)으로 표시되는 발광 소자.
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